喷嘴孔径对PDC钻头井底流场影响的数值分析

根据实际PDC钻头结构．建立了2个不同孔弪四喷嘴PDC钻头模型,研究了喷嘴孔径对井底漫流特性的影响及漫流层高度和最大漫流速度。分析了流场的总体特点．得出了喷嘴孔径对PDC钻头井底流场的各种影响。     

微小井眼单牙轮钻头井底流场研究

利用Fluent软件对微小井眼单牙轮钻头井底流场进行数值模拟,结合喷射钻井射流理论,对钻头井底流场进行研究。结果表明,钻头旋转加强了牙轮一侧与钻头旋转方向同向的漫流,同时削弱了牙轮另一侧与旋转方向逆向的漫流;单牙轮钻头排屑槽流道方向为右旋,不利于井底岩屑的上返;采用适当的小直径喷嘴能有效提高井底漫流层的漫流速度,有利于增强井底漫流层的清岩能力;逆着钻头旋转方向适当地改变喷嘴倾角,井底有效漫流面积有所提高;顺着钻头旋转方向改变喷嘴倾角弱化了井底流场的清岩能力。     

麦3井中长斜喷嘴使用效果

麦３井中长斜喷嘴使用效果张旭红（４５３７００河南新乡）一、前言中长斜喷嘴的设计思路是：①让射流出口尽可能接近井底；②要求射流轴线与牙轮外排齿内侧相切。在不增加地面钻井参数条件下，依上述原理制造出的中长斜喷嘴可满足：①提高井底水力作用，即加大井底漫流压...     

撞击射流井底漫流特性数值研究

应用大涡模拟方法对不同条件下单喷嘴垂直撞击射流的流场特性进行了数值模拟,对数值模拟结果的分析研究表明,在射流撞击距离小于射流等速核长度的条件下,射流撞击距离和喷嘴出口面积的变化对井底漫流层的厚度没有明显影响.提出了采用井底有效漫流层厚度和有效平均漫流速度研究水力作用对井底和钻头的清洗及冷却效果的新概念.研究表明,就PDC钻头而言,减小钻头面至井底的距离,对提高整个井底的有效平均漫流速度,效果并不明显.     

PDC钻头倾斜射流的井底流动分布特性

通过对不同喷嘴倾角条件下倾斜射流流动特性数值模拟及分析，给出了ＰＤＣ钻头倾斜射流状态下井底流场结构的精细描述，发现在喷嘴倾斜反向一边的环空内存在回流现象，同时揭示了ＰＤＣ钻头喷嘴倾角对井底有效平均漫流速度和井底有效清洗范围的影响规律     

PDC钻头定向喷嘴井底流场数值模拟

为提高定向喷嘴PDC钻头清洗井底的效果,最大限度地减少钻头泥包的形成。利用计算流体力学理论和数值模拟方法,建立了定向喷嘴PDC钻头的物理模型,并确定了定向喷嘴PDC钻头的物理模型参数,对定向喷嘴和定向喷嘴PDC钻头的井底流场特性进行了分析。结果表明:在定向喷嘴的结构参数中,双流道的直径组合与侧向流道的倾角是影响流量分配的主要因素,侧孔倾角为45°时,既能满足流量分配的要求,又便于加工;定向喷嘴侧向射流将回流限制在新冲击区的上方,减小了井底漩涡区域,与漫流层的叠加补偿了其能量损失,刀翼切削面处的低速区也变小,对井底清岩起到较好的作用,有利于抑制泥包的形成。定向喷嘴与常规水力结构设计相结合可以在预防和清除PDC钻头泥包方面发挥自身的优势,达到提高机械钻速的目的。      

各类钻头喷嘴和井底水力参数探讨

根据水力学的原理，推导出钻头各类喷嘴的水力参数计算公式，并对各类喷嘴水力参数进行比较，讨论出喷嘴对射流及漫流的影响因素。根据推算出的各类喷嘴水力参数，计算出钻头及井底水力参数。根据井底水力参数（最大能量），优选喷射钻井工作方式时，必须考虑喷嘴的数目，压力衰减系数等。     

利用定向自激振动射流提高机械钻速

在三牙轮钻头上,依据自振射流原理、水力辅助破岩原理和井底漫流场理论设计的一种新型的定向式风琴管自激振动射流喷嘴,提高了射流辅助破岩的能力,改善了井底漫流场,使清岩和破岩效率大幅度提高。8只钻头在河南双河油田和下二门油田的现场应用(相同的地层、相同的钻井机泵设备和相同的钻井施工水平)中,与其它类型钻头相比,单只钻头提高进尺20%以上、机械钻速15%以上,取得直接经济效益1.1万元,具有良好的应用前景。     

新型PDC钻头井底流场数值模拟与优化

为了提高在某些硬岩和研磨性地层钻进效率,减少井底岩屑堆积,基于传统PDC(聚晶金刚石复合片)钻头进行了结构调整,无中心喷嘴,设置三个轴向夹角为20°的斜喷嘴孔,改变六刀翼分布。利用数值模拟分析方法,采用SST k-ω模型,对PDC钻头射流流场特性进行研究,分别对井底、喷嘴、刀翼表面射流流速和压力梯度进行了数值分析。在此基础上,对其水利参数再次优化,并对不同参数的PDC钻头井底流场进行分析对比。结果表明,钻头喷嘴直径越小,直射点速度越大,越利于破岩,但水力能量过于集中,高速漫流无法充分覆盖井底,不利于清洗岩屑;轴向夹角度数在20°～30°时,钻头喷嘴轴向夹角度数变大,直射点速度变化不大,但钻头肩部涡旋减少,上返区域速度提高,有利于岩屑快速排出井底,刀翼表面不易产生泥包;当钻头喷嘴直径在24～28 mm,喷嘴轴向夹角度数在25°～30°时,该PDC钻头水力情况最佳。     

斜喷嘴的作用机理和应用效果

斜喷嘴是继中长、加长和中心喷嘴之后的又一种高效喷嘴。它能产生速度更高及有效作用面积更大的漫流,有效地解除井底岩屑垫层和钻头泥包,显著提高机械钻这和单只钻头进尺。本文研究了斜喷嘴射流清洗作用的机理,介绍了斜喷嘴结构和性能,通过中原、吐哈、江苏等9个油田的广泛使用,结果证明,斜喷嘴钻头平均机械钻速提高12%~37%,单只钻头进尺可提高10%~24%,效益十分明显。这一成果填补了国内空白。     

牙轮-PDC复合钻头井底流场CFD模拟研究

牙轮-PDC复合钻头是对硬地层采用碾压与刮切相结合破岩的一种新型钻头,随着其结构形式及破岩方法的改变,需要对其井底流场进行研究并提出新的水力结构设计。运用计算流体动力学理论,采用标准κ-ε模型以及封闭N-S湍流方程对某型复合钻头的井底流场进行了数值模拟计算,并分析了井底压力及流速、PDC刀翼齿面和牙轮体表面流速。研究结果表明,复合钻头设计原型的水力结构存在一定缺陷,可通过合理设计钻头体中心位置结构、调整中心喷嘴射流角度以及调整2个边喷嘴的设计来加以改进。     

旋转钻头射流方式对井底流场影响的数值剖析

为研究射流方式对旋转钻头井底流场的影响,对三维、旋转、非对称布置多个喷嘴的钻头进行了多种射流方式的数值对比模拟,并进行了详细的数据分析和讨论。模拟结果表明,射流方式对漫流层厚度影响不大但对井底的清岩能力有明显影响,同角度倾斜射流产生的井底结构在计算范围内比其它射流方式要好。     

多股撞击射流流场的数值模拟研究

应用湍流模拟技术中的大涡模拟方法,对井底多股受限撞击射流的流场特性进行数值模拟.通过对模拟结果的分析,给出了井底条件下多股圆喷嘴撞击射流流场结构的精细描述;揭示了不同钻头水力结构条件下流场中“旋滚圈”的存在,进而探讨了井底岩屑随液流流动的运移机理,提出了有关井底清岩理论的新观点.     

径向钻井倾斜井底高压水射流流场分析

为了对径向钻井倾斜井底高压水射流的流场进行研究,建立了三维单喷嘴水射流井底模型,采用Fluent软件对模型的流场结构进行了数值模拟分析。分析结果表明,径向钻井高压水射流喷嘴外部流场中存在"负压效应"和"水垫现象",负压的存在有利于射流从喷嘴内部流出,水垫会对喷头的推进产生阻碍作用;当径向钻井临时井底倾斜角度为0°时,射流到达井底后沿井底壁面中心向外对称流动,但随着井底墙壁倾斜角度的增大,由于倾斜井底的引流作用,大部分流体会沿着井底倾斜的方向流动,并且沿倾斜方向的流速较大;径向钻井中,如果井底是倾斜的,则沿着井底倾斜方向的压力比井底另一侧高。     

PIV技术在PDC钻头外部流场研究中的应用

根据PIV系统的性能特点和测量的技术要求 ,建立了PDC钻头流场测试实验系统 ,系统由PIV系统、PDC钝钻头及井底流动系统、配套的储水罐、离心泵、压力表和流量计等组成。在模拟PDC钻头井底流场的条件下 ,对PDC钻头 4个喷嘴的射流流场进行了测试。测试数据与三维流场计算机数值模拟结果的对比表明 ,偏差在误差允许的范围内 ,两者相吻合 ,数值模拟结果得到测试结果的验证 ,可以确认建立的数值模型及计算方法的可信度。     

潜孔钻头结构参数与井底流场关系研究

在勘探钻井过程中，QF-Ⅱ型潜孔钻头井底流场分布不合理，存在排屑能力差，对井壁冲蚀破坏严重等缺点，制约了该潜孔钻头在现场的应用。为此，以QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型，充分考虑了钻头排屑槽和切削齿对井底流场的影响，建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型。在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型，运用k-ε两方程模型，对钻头喷嘴不同位置、不同直径、不同倾角时的井底流场进行了数值模拟研究。这些结构参数直接影响井底流场分布及流体的排屑能力，在研究中把这些参数作为钻头结构优化设计的重点，找到了钻头喷嘴不同结构参数条件下对井底流场的影响机理，为合理进行潜孔钻头的结构设计及水力设计提供了依据和校验方法。     

PDC钻头井下流动可视化实验研究与冲蚀分析

在自行开发设计的PDC井下射流实验平台上, 通过丝线法和高速摄影手段进行了PDC钻头井下流场结构的可视化实验。发现井下多股射流的流场为不稳定场, 在靠近钻头肩部的流道附近存在强烈的漩涡; 对流场的可视化研究表明破坏钻头的主要因素可能是随漩涡而冲击钻头壁面的岩屑和气相的溃灭冲蚀以及水力设计不合理而造成流道堵塞; 破坏出现的主要位置应是钻头头部多喷嘴之间的区域、喷嘴本身及其周围区域和筋板及流道的逆压力梯度区。因此, 有必要在多喷嘴射流的钻头上加设一中心喷嘴打破井下的涡结构, 以减轻对钻头中心部位的破坏。